文獻解讀|近紅外光激活外源酶-原位生藥用于局部熱化療

2019年4月9日，北京化工大學袁其朋教授與劉惠玉教授合作開發了一種用于局部熱化療的近紅外光激活外源酶-原位生藥治療方式，在化學期刊Angew. Chem. Int. Ed.在線發表，IF=12.102。論文作者為北京化工大學博士生研究生程立和碩士研究生張鳳榮，通訊作者為袁其朋教授和劉惠玉教授。

    基本信息   

題目：

NIR-Triggered Exogenous Enzymes to Convert Prodrugs for Locoregional Chemo-Photothermal Therapy

期刊：

Angew. Chem. Int. Ed.

影響因子：

12.102

作者：

北京化工大學博士生研究生程立和碩士研究生張鳳榮為共同作者

作者單位：北京化工大學

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  研究背景和摘要  

前藥是一種常見的腫瘤化療治療策略。利用腫瘤組織中過表達的酶幫助前藥在腫瘤部位特異性轉化。然而，這種前藥轉化治療策略依然受限于內源酶種類少、可調節性差等。為了擴大前藥的范圍，研究人員嘗試采用MOF、有機聚合物等載體將外源酶靶向遞送腫瘤部位。但酶的不可控釋放依然是不可忽視的限制性因素。

近，近紅外（NIR）光介導的納米藥物控制釋放受到了相當多的關注。受納米粒子的光熱特性的啟發，該研究團隊設計了一種NIR光控酶載體，其可在遞送過程中掩蓋酶活性并通過安全、有效、可追蹤的途徑實現酶在腫瘤部位的積累。

  研究內容和成果  

袁其朋教授與劉惠玉教授設計合成的近紅外光響應的外源酶-前藥遞送系統，借助具有近紅外區域吸收特性的蜂窩狀納米多孔脂質體金來包封外源酶，使其可在酶活屏蔽狀態下通過被動靶向效應遞送腫瘤部位，在并通過808nm的激光刺激下實現腫瘤部位原位生藥。與此前的酶-前藥治療方式相比，該技術具有如下優勢：

1. 封裝于脂質體金內的外源遞送酶可有效屏蔽酶活，避免了全身響應造成的系統毒性，同時延長酶的血液循環時間；

2. 近紅外光激活外源酶在腫瘤部位釋放，增強了前藥的轉化效率以及原位生藥的血藥濃度；

3. 由近紅外刺激脂質體金引發的溫熱以及腫瘤部位固有的微酸環境可以提升酶的催化活性。

成果1：材料制備與光熱性能表征

作者先利用脂質體包裹黑芥子酶(myrosinase,MYR)，得到MYR@Liposome。之后，在其表面原位還原生長金顆粒，在脂質體表面形成致密的納米金層，從而制備得到直徑在190 nm左右，且具有明顯光熱響應性的包裹酶的脂質體金納米顆粒（MYR@HGNs）。

MYR@HGNs的結構、形貌表征以及光熱性能測試

成果2：材料酶學性能表征

通過對MYR@HGNs的酶學進行測試發現，在NIR光照射之后，MYR可以迅速從MYR@HGNs中釋放并在腫瘤的微酸環境與NIR光照引起的高溫環境下，將前藥蘿卜硫苷(glucoraphenin,GRE)轉化為藥物萊菔素(sulforaphene,SFE)。

MYR@HGNs的酶學性質表征

成果3：體外抗癌機理探究

通過體外抗癌活性測試發現，在NIR光照射之后，MYR@HGNs + GRE具有顯著的抗癌活性。作者為探究這種熱化療的抗癌機理，先測試了其對腫瘤細胞ROS水平的影響。由結果可以看出，在有SFE生成的組內，細胞的ROS水平顯著增加，而光熱對其沒有影響。之后，作者測試了其對PI3K-AKT信號通路的影響。結果顯示SFE可通過抑制PI3K-AKT信號通路誘導4T1細胞凋亡，而熱療因為Hsp90的保護作用不能影響p-AKT的水平。但在終治療組中SFE可以通過抑制Hsp90的功能，增強PTT的治療效果，達到化療與熱療相互協同的效果。

MYR@HGNs的體外治療測試與機理探究

成果4：體內聯合治療效果分析

在小鼠移植瘤模型實驗中，終治療組在僅經過單次之后即做到的*，且在各組織器官中均未顯示出任何毒性。

MYR@HGNs的體內抗癌活性研究

本團隊成功制備了一種通過近紅外激光作為激發器的新型局部熱化療系統，采用光熱響應納米酶載體MYR@HGNs，在掩蓋酶活的同時被動腫瘤靶向腫瘤部位，之后在NIR激光照射下原位釋放MYR。借助腫瘤部位特定微酸環境以及材料光熱效應，MYR的催化效率得以提高并誘導更多的前藥GRE轉化成SFE，實現了高腫瘤抑制率。相信這一NIR光控外源酶遞送策略可為拓寬前藥的選擇范圍以及腫瘤治療開辟新的研究思路。

    研究結論   

本團隊成功制備了一種通過近紅外激光作為激發器的新型局部熱化療系統，采用光熱響應納米酶載體MYR@HGNs，在掩蓋酶活的同時被動腫瘤靶向腫瘤部位，之后在NIR激光照射下原位釋放MYR。借助腫瘤部位特定微酸環境以及材料光熱效應，MYR的催化效率得以提高并誘導更多的前藥GRE轉化成SFE，實現了高腫瘤抑制率。相信這一NIR光控外源酶遞送策略可為拓寬前藥的選擇范圍以及腫瘤治療開辟新的研究思路。

    頒發獎學金   

為了祝賀和感謝該文章研究團隊的科研成果和刻苦專研，特頒發索萊寶獎學金證書，并給予1200元人民幣的現金獎勵。北京化工大學碩士研究生張鳳榮為獲獎代表領證書和獎勵金。索萊寶獎學金計劃項目是為表達感謝和回饋廣大客戶的支持特設專項。2019年索萊寶獎學金計劃項目獎金池20萬人民幣，靜等各位科研小伙伴們前來申領。

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